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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
循环加卸载条件下考虑温度的煤体本构模型研究
  • 56
  • 作者

    周宏伟侯魏张龙丹谢森林贾文豪史贝贝

  • 单位

    中国矿业大学(北京)能源与矿业学院中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院

  • 摘要
    随着煤炭资源深部开采趋于“常态化”,深入了解处于高地应力和高地温环境中深部煤体在扰动条件下的力学性质及其损伤演化规律,对煤矿深部开采具有重要意义。选取平煤十二矿己16-17-17200工作面的煤体为研究对象,开展了在不同温度条件下三轴循环加卸载试验,分析了温度对试件峰值强度、变形模量、泊松比等基本力学参数的影响。将不同加卸载速率相关的应力-应变问题转化为时间-应力-应变问题,同时引入分数阶导数理论和连续介质损伤理论,提出了一个考虑了热-力耦合作用的分数阶粘弹塑性本构方程,通过试验数据验证了其有效性。结果表明:煤体变形模量随着循环次数的增加呈出现线性减小的趋势,而煤体泊松比减速上升,在峰值应力处达到极值,然后降低,表明循环加卸载作用对煤体基本力学性能有劣化作用。随着温度的升高,煤体峰值强度非线性减小,损伤累积变缓,对应的应变逐渐增大,表明升温能增强煤体延性变形能力,加速煤体损伤的发展。在循环加卸载过程中,输入能密度、弹性能密度和耗散能密度在煤体破坏失稳阶段随温度升高呈现出明显的衰减现象,说明高温加剧了煤体内部的损伤,降低了煤体强度,使得破坏所需外界输入能量减少。考虑温度影响的分数阶粘弹塑性模型可以较好地描述深部煤体在循环加卸载条件下的力学行为。模型适用于热力耦合下深部煤体的复杂应力状态,为深部煤体变形与稳定性研究提供了重要的参考依据。
  • 关键词

    深部煤体分数阶导数循环加卸载温度效应热力耦合

  • 文章目录
    1 试验流程
    1.1 试样制备
    1.2 试验设备及方案
    2 试验结果与分析
    2.1 不同温度下煤体力学特性分析
    2.2 不同温度下煤体变形特性分析
    2.3 不同温度下煤体能量演化
    3 考虑温度影响的分数阶粘弹塑性模型的建立与验证
    3.1 考虑温度影响的分数阶粘弹塑性模型的建立
    3.2 循环加卸载条件下的解析解
    3.3 分数阶本构模型验证分析
    4 结 论
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